Hallo zusammen,
folgende Situation:
Ein Steuergerät wird durch einen LiFePO-Akku versorgt, der mit einer
Solarzelle über einen LT3652 aufgeladen wird.
Der Akku hat maximal 14,4V und 1100 mAh. Das Solarpanel hat seinen MPP
bei ca. 16,5 V, der LT3652 ist dementsprechend beschaltet.
Grundsätzlich funktioniert das auch ganz gut, Schaltung siehe Anhang.
Nur treten momentan bei Kunden, die das Gerät im Einsatz haben, Probleme
mit leeren Akkus auf. Ich könnte mir vorstellen, dass das diffuse Licht
dieser Tage nicht reicht, um den Akku zu laden. Deshalb habe ich das
Verhalten der Schaltung untersucht:
Die Schaltung braucht im Ruhezustand 600 µA, solange keine Spannung vom
Panel kommt.
Scheint die Sonne auf das Panel, fängt der LT3652 an zu Laden, Spannung
stellt sich dann bei 16,5 V ein. Soweit, so gut.
Kritisch ist aber der Bereich, wenn das Panel nur ein bisschen Spannung
bringt. Also z.B. bei diffusem Licht, was in dieser Jahreszeit wohl sehr
häufig vorkommt.
Dann fließen nämlich sowohl vom Solarpanel als auch vom Akku ca 2,5 mA
in die Steuerung.
Dadurch wird der Akku natürlich 4 Mal schneller leergesaugt...
Im Diagramm habe ich Akku- und Solarpanel-Strom mal dargestellt.
(Für die Aufnahme der Kennlinie habe ich aber ein Netzteil verwendet,
kein Solarpanel.)
Liegt dieses Phänomen bzw. unerwünschte Verhalten am Eigenbedarf des
LT3652?
Kann man das irgendwie umgehen, indem man eine Art "Bypass" am LT3652
vorbeilegt? Das würde bei niedrigem Akkustand immerhin für ein bisschen
Ladung sorgen, bzw. den Eigenbedarf der Schaltung decken.
Testweise habe ich die MPP-Regelung mal entfernt (also V_REG auf V_IN
gelegt). Das Ladeverhalten war dann noch schlechter. Das ist also keine
Lösung.
Habt Ihr Vorschläge, wie man diesen kritischen Bereich im Ladeverhalten
umgehen oder beheben kann?
Danke schon mal.
Martin schrieb:> Dann fließen nämlich sowohl vom Solarpanel als auch vom Akku ca 2,5 mA> in die Steuerung.
Der LT3652 hat einen Eigenverbrauch von 2,5 - 3,5 mA. Die erkennt man
auch gut in deinem Diagramm. Der LT3652 ist um Faktor 20
überdimensioniert und keine gute Wahl bei wenig Eingangsstrom (<10mA)
> Testweise habe ich die MPP-Regelung mal entfernt (also V_REG auf V_IN> gelegt).
V_REG gibt es in deinem Schaltplan nicht. Aber du kannst mal versuchen
den LT3652 komplett wegzulassen und den Akku direkt über eine Diode zu
laden. Ich denke damit fährst du in fast allen Fällen besser, besonders
dann, wenn wenig Licht zur Verfügung steht.
Langfristig brauchst du dann natürlich noch ein Überspannungsabschaltung
oder Ladespannungsbegrenzung. Dafür könnte auch der Balancer herhalten,
der generell bei LiIon zu empfehlen ist, auch bei LiFePO4.
Dann noch die Frage, warum du nicht die Schaltung aus dem Datenblatt
verwendest?
Peter L. schrieb:> warum D1 nicht nach rechts (zwischen Qi und Q2)?
Gute Idee Sollte auf jeden Fall auch getestet werden. Die
Ladeschlussspannung muss dann natürlich angepasst werden.
@Alexander: Kannst du evtl. einen anderen Lade-IC empfehlen? Oder eine
Ladespannungsbegrenzung?
Wie verhält es sich mit der Leistungsausbeute, wenn man auf das
MPP-Gedöns verzichtet?
@Peter: D1 ist primär da, um zu verhindern, dass rückwärts Strom ins
Panel fließt. Aber wenn das durch den LT3652 nicht passieren kann,
könnte man deinen Vorschlag durchaus testen.
Danke schon mal für die Anregungen, ich werde mal ein bisschen
experimentieren.
Ai-ai-ai,die deutsche Sonne reicht nicht mehr… Akku leeeeer !
Die Märchengeschichte geht weiter.
Man muss nicht an alles glauben.
Nur die Sonne kann man nicht manipulieren..
Martin schrieb:> @Alexander: Kannst du evtl. einen anderen Lade-IC empfehlen?
Ich denke, dass ein Schaltwandler bei einer maximalen Ladeleistung von 2
Watt keinen Sinn macht. Mit einem parallelen oder seriellen Linearregler
zur Strombegrenzung und einer Diode kommt man bei optimal ausgelegten
Solarzellen auf einen mittleren Wirkungsgrad von ~88%. Da wird man
allein vom Eigenstromverbrauch eines Schaltwandlers darunter liegen
müssen. Übrigens kann der
Statt dem Schaltwandler würde ich dir empfehlen "nur" die Solarzellen
optimal auszulegen, ich würde eine Nennspannung von 14,5 V vorsehen. Das
ergibt dann 14 V nach der Diode.
Dazu eine Diode, um den Rückstrom zu unterbinden. Deine PMEG4050 ist da
recht ungeeignet, weil bis zu 0,3 mA Rückstrom bleiben. Besser wäre z.B.
eine BAT85 oder viele andere.
Um den Strom zu begrenzen brauchst du dann entweder einen Linearregler
oder einen Parallelregler.
> Wie verhält es sich mit der Leistungsausbeute, wenn man auf das> MPP-Gedöns verzichtet?
Das musst du durch Messungen herausfinden. Die Leistungsausbeute bei
schwachem Licht wird besser, bei starkem Sonnenschein etwas schlechter.
Man sollte den Fokus auf das schwache Licht legen, weil es dann
besonders wichtig ist, dass genügend Strom produziert wird. Wenn
genügend Strom produziert wird, ist es egal ob man noch 10% mehr
bekommen könnte.
> @Peter: D1 ist primär da, um zu verhindern, dass rückwärts Strom ins> Panel fließt. Aber wenn das durch den LT3652 nicht passieren kann,> könnte man deinen Vorschlag durchaus testen.
Nein, er meinte das andersherum. Du sollst die Diode nach (rechts) dem
LT3652 einsetzen.
Generell wäre noch die Frage, was mit dem geringen Strom von 0,6 mA
versorgt werden soll? Eventuell wäre da eine grundsätzlich andere Lösung
besser. z.B. Energy Harvesting, Batterien, ...
Hallo Alexander,
Danke für deine Ausführungen, die helfen mir schon mal ein ganzes Stück
weiter.
Da es sich um eine Rollladensteuerung handelt, brauche ich 2 mal am Tag
für 30 Sekunden ordentlich Strom, d.h. der Akku ist Hauptstromlieferant.
Nur Energy Harvesting reicht deshalb leider nicht. 600 uA ist der
Standbystrom.
Deswegen kann ich die Diode auch nicht zwischen Q1 und Q2 platzieren,
wie Peter schrieb. Sonst würde ich ja nichts aus dem Akku ziehen können.
Danke nochmal und viele Grüße,
Martin.
Martin schrieb:> Da es sich um eine Rollladensteuerung handelt, brauche ich 2 mal am Tag> für 30 Sekunden ordentlich Strom, d.h. der Akku ist Hauptstromlieferant.> Nur Energy Harvesting reicht deshalb leider nicht.
Stimmt.
Auf ein Stromkabel willst du vermutlich verzichten. Wie sieht es mit der
Lebensdauer des Akkus aus?
> 600 uA ist der Standbystrom.
Du wartest doch nur auf einen Tastendruck?
Dafür ist der Strom zu hoch. Da kann man locker unter 100 µA kommen und
mit etwas Einsatz auch unter 20µA Die Frage ist ob sich das lohnt. Wie
viel mAh braucht denn das hoch und runterfahren?
Welchen Spannungsregler setzt du zwischen den 12 Volt und dem µC
(Mikrocontroller) ein?
> Deswegen kann ich die Diode auch nicht zwischen Q1 und Q2 platzieren,> wie Peter schrieb.
Ich meinte zwischen dem MPP und den +12V. Damit würdest du die gelbe
Kurve im angehängten Diagramm erreichen.
Wenn du den MPP ganz weglässt, erreichst du die grüne Kurve im Diagramm.
Hallo Alexander,
das ganze ohne Stromkabel zu betreiben ist ja Sinn der Sache ;-)
Über die Lebensdauer der Akkus kann ich nichts sagen, Langzeitmessungen
gibt es (noch) nicht.
Die Ansteuerung geht nicht über Tasten, sondern über Funk. Hierzu setzen
wir ein kundenspezifisches Funkmodul ein, da gibt es leider auch keine
Alternativen und Optimierungsmöglichkeiten mehr. Das Modul braucht ca. 1
mA bei 3,3V (ja, mir ist es auch zu viel, aber anscheinend haben die
schon das Minimum an Stromverbrauch erreicht...)
Als DC/DC-Wandler von 12 V auf 3,3 V benutze ich den TPS62160,
Controller ist ein Atmega168PA (meiste Zeit im Power Down ;-). Bei der
Peripherie könnte man auch noch ein bisschen optimieren, um den
Standbystrom zu senken. Aber das Hauptaugenmerk im Moment liegt eher
darin, den erhöhten Stromverbrauch bei mittlerer Solareinstrahlung weg
zu bekommen.
Dabei haben mir deine Anregungen schon viel geholfen, vielen Dank dafür.
Ich werde deine Vorschläge mal testen und neue Messungen durchführen.
Ich poste die Ergebnisse, wenn ich soweit bin.
Martin schrieb:> Über die Lebensdauer der Akkus kann ich nichts sagen, Langzeitmessungen> gibt es (noch) nicht.
Was sagt das Datenblatt dazu?
> Die Ansteuerung geht nicht über Tasten, sondern über Funk. Hierzu setzen> wir ein kundenspezifisches Funkmodul ein, da gibt es leider auch keine> Alternativen und Optimierungsmöglichkeiten mehr. Das Modul braucht ca. 1> mA bei 3,3V
Funk ist natürlich was anderes, da ist klar, dass man mehr braucht. Noch
dazu, wenn man Sender und Empfänger nicht zeitlich synchronisieren kann.
> Als DC/DC-Wandler von 12 V auf 3,3 V benutze ich den TPS62160,
Scheint mit 70% Wirkungsgrad bei 0,6 mA eine gute Wahl zu sein.
> Ich werde deine Vorschläge mal testen und neue Messungen durchführen.> Ich poste die Ergebnisse, wenn ich soweit bin.
Das wäre schön.
Habe zwei Messungen durchgeführt:
In beiden Fällen die Diode nach den Laderegler gesetzt (siehe
Schaltplan), einmal die MPP-Regelung unverändert gelassen, einmal die
MPP-Regelung deaktiviert (ebenfalls siehe Schaltplan),
Messergebnisse siehe Diagramm.
Würde fast sagen, dass durch das Umsetzen der Diode schon viel gewonnen
ist.
Zumindest ist dann der Stromverbauch bei wenig Licht nicht höher, als
wenn gar keine Sonne scheint.
Für die nächste Hardware-Revision werde ich die ICL7665-Lösung näher
untersuchen und evtl. auf den LT3652 verzichten.
http://www.dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-faq.htm#F.9.5
Herzlichen Dank an Alexander und Peter, die mir mit ihren Konstruktiven
Beiträgen geholfen haben.
Martin schrieb:> Für die nächste Hardware-Revision werde ich die ICL7665-Lösung näher> untersuchen und evtl. auf den LT3652 verzichten.
Für einen ersten Test kannst du einfach mal den LT3652 weglassen. So wie
auf dem Bild eingezeichnet.
> Herzlichen Dank an Alexander und Peter,
Gerne. Ich würde mich natürlich freuen, wenn du weitere Ergebnisse,
falls vorhanden, hier posten könntest.
Kleiner Nachtrag:
Eine Teststeuerung lief von August bis November letztes Jahr mit einem
kleinen, selbstgebauten Datenlogger.
Zum Vergleich im Anhang ein Tag, an dem die Sonne schien und ein trüber
Tag. (Ich schließe jetzt von den Spannungswerten auf das Wetter,
Aufzeichnungen darüber habe ich nicht ;-)
Man sieht, dass am trüben Tag die Spannung vom Panel nicht über die
Akkuspannung kommt. Das ist im ersten Stromdiagramm auch genau der
Punkt, wo der Regler sowohl vom Akku als auch vom Panel Strom zieht...
Bei Sonnenschein funktioniert der Regler ganz ordentlich, mittags im
Diagramm war der Akku sogar voll geladen.
@Alexander: Werde die Variante ohne Regler mal mit dem Datenlogger
laufen lassen und in ein paar Tagen davon berichten.
Hi,
die ganze Wandelei und MPPT ist in diesem Fall total kontraproduktiv.
Kritisch sind wie richtig bemerkt ja die schlechten Tage, also braucht
man auch nur die durchzurechnen.
Im Schnitt sind es im Januar in D pro Tag nur 0,5kWh/m², das sind auf 8h
verteilt popelige 0,125W oder 7,5mA. Das ist der Schnitt, da gibt es
auch mal weniger über 2 Wochen.
Nun alleine schon die Hälfte davon für die Laderegelung zu verballern
ist natürlich Blödsinn.
Dazu kommt, daß die Leistung des Moduls so nahe unterhalb des MPPT kaum
weniger ist als im MPP. Da müsste der Wandler schon über 95%
Wirkungsgrad haben, damit überhaupt hinten mehr Leistung rauskommt.
Also: Schmeiss den ganzen Kram raus, Diode in Reihe und dann einen
Shuntregler der in Ruhe nichts verbraucht.
Alternativ einen LDO-Regler mit ganz wenig Eigenverbrauch.
Gruß,
Norbert
Wenn möglich irgendwie den Energieverbrauch senken, ich nehme an
das PV-Modul ist vorgegeben ( amorph wegen der Optik ? ) und
mehr ist nicht möglich.
Wenn ein neues System schon Probleme macht, wie ists dann erst
bei Alterung oder Verschmutzung des Moduls?
Was auch hilfreich sein könnte, wären Angaben in welcher Richtung
die Problem-Rollos verbaut sind.Bei Fensterrollos auch das Stockwerk,
im EG dürfte weniger Sonne sein.Könnte es Probleme mit Abschattungen
geben?
Gibt es eine Möglichkeit zumindest Teile der Elektronik nachts
abzuschalten? Solargartenleuchten etwa verwenden dazu die
Modulspannung.
Hallo zusammen.
Danke für die vielen konstruktiven Ratschläge.
Leider hat es mit dem Datenlogger nicht richtig über längere Zeit
funktioniert (andere Baustelle...)
Anbei eine kurze Aufzeichnung von heute über die Mittagszeit, da war es
kurz sonnig, dann fing es an zu regnen.
Während der sonnigen Phase hat es schön geladen. Aber auch danach war
die Panelspannung noch über der Batteriespannung, so dass zumindest der
Eigenstrombedarf der Schaltung gedeckt war.
@Dieter: Ja, das Modul ist vorgegeben. Dürften aber eher wirtschaftliche
Aspekte sein und nicht die Optik ;-)
Die problematischen Rollos waren tatsächlich suboptimal ausgerichtet.
Irgendein Spezialist hatte seines in Nord-Ausrichtung verbaut. Die Höhe
dürfte nicht das Problem sein, da es sich ausschließlich um Dachfenster
handelt.
Zeitweise abschalten kann ich nicht wirklich was. Wir wollen dem Kunden
nicht aufzwängen, dass er seinen Rollo nur bei einer gewissen Helligkeit
bedienen kann...
Schaltplan.png
(25 KB)
Solarstrom.png
(64 KB)
